Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Nb&sub3;Al-Supraleitungsdraht und,
genauer gesagt, ein Verfahren zum Herstellen eines
elektromagnetisch stabilen Nb&sub3;Al-Supraleitungsdraht, der eine hohe
Stromdichte bei dem hohen Niveau eines Magnetfelds, wie 20 Tesla,
aufweist und mit einen Stabilisierungsmaterial beschichtet
ist, sowie eine Vorrichtung zum Herstellen solch eines Nb&sub3;Al-
Supraleitungsdrahts.
Stand der Technik
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Wie in Applied Physics Letter 52(20), 16. Mai 1988, 5. 1724-
1725, offenbart, wurde einer der herkömmlichen
Nb&sub3;Al-Supraleitungsdrähte durch Kaltziehen einer Zusammensetzung
hergestellt, die aus einer Nb-Matrix und einer großen Anzahl von
Al-Legierungskernen besteht, in einen Draht, der sehr feine,
viele Kerne aufweist, und dann durch Wärmebehandlung des
kaltgezogenen Drähts bei einer Temperatur in einem Bereich von 750
bis 950ºC, um einen Nb&sub3;Al-Mehrfaserdraht zu erhalten (als
Zusammensetzbildungsverfahren bezeichnet).
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Die japanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr.
29017/87 offenbart einen Nb&sub3;Al-Supraleitungsdraht, der durch
Mischen von Nb- und Al-Pudern, Formen der Mischung in einen
Draht, Bestrahlen des gebildeten Drahts mit einem
Elektronenstrahl und Wärnebehandeln des bestrahlten Drahts bei einer
Temperatur in einem Bereich von 500 bis 1000ºC hergestellt
wird, um einen endgültigen Nb&sub3;Al-Supraleitungsdraht zu erhalten
(als Elektronenstrahlbestrahlungsverfahren bezeichnet).
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Das oben beschriebene Zusammensetzbildungsverfahren hat mehre
re Nachteile, d.h., ein Stabilisierungsmetall, wie Cu oder Al,
kann nicht mit einer Matrix kompoundiert werden; eine
stöchiometrische Zusammensetzung von Nb&sub3;Al kann nicht erhalten werden,
wenn nicht ein sehr feines Filament mit einem Durchmesser von
weniger als 1 um hergestellt wird; der so hergestellte Nb&sub3;Al-
Multifaserdraht hat eine relativ niedrige kritische Temperatur
und ein kritisches Magnetfeld; und die Dichte des kritischen
Stroms fällt bei einem hohen Niveau des Magnetfelds, wie 20
Tesla, stark ab.
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Das oben beschriebene Elektronenstrahlbestrahlungsverfahren
kann keinen Nb&sub3;Al-Supraleitungsdraht liefern, der eine
elektromagnetisch stabile Mehrfaserdrahtstruktur aufweist.
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US-A-3,710,844 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Herstellen eines stabilisierten, supraleitenden Nb&sub3;Al-
Drahts, wobei ein supraleitender Nb&sub3;Al-Draht in ein
geschmolzenes Metall eingetaucht wird, wodurch der Draht mit dem Metall
beschichtet wird.
Offenbarung der Erfindung
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Demgemäß ist es eine Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung, ein
Verfahren zum Herstellen eines elektromagnetisch stabilen
Nb&sub3;Al-Mehrfasersupraleitungsdraht zu liefern, der eine hohe
Stromdichte bei einem hohen Niveau eines magnetischen Felds,
wie 20 Tesla, aufweist und mit einem elektromagnetischen
Stabilisierungsmaterial beschichtet ist; und eine Vorrichtung zum
Herstellen solch eines elektromagnetisch stabilen
Nb&sub3;Al-Mehrfasersupraleitungsdraht zu liefern.
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Nach der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines
Nb&sub3;Al-Mehrfasersupraleitungsdraht geliefert, das die Schritte
des Kaltziehens einer Zusammensetzung, die aus einem Al- oder
Al-Legierungskernmaterial und einer Nb-Matrix besteht, in
einen zusammengesetzten Mehrkerndraht umfaßt, wobei der
kaltgezogene, zusammengesetzte Mehrkerndraht in ein geschmolzenes
Metall zur Wärmebehandlung des Drahts eingetaucht wird, um
eine stöchiometrische Zusammensetzung von Nb&sub3;Al zu erhalten und
das geschmolzene Metall um den zusammengesetzten Mehrkerndraht
zum Bilden einer elektromagnetisch stabilisierenden
Metallbeschichtung auf den Umfang des supraleitenden Materials zu
beschichten. Jeder der Al- oder Al-Legierungskerndrähte des
kaltgezogenen, zusammengesetzten Mehrkerndrahts weist einen
Durchmesser oder eine Dicke in einem Bereich von ungefähr 0,1
bis 10 µm auf, und das geschmolzene Metall besteht aus Cu,
einer Cu-Legierung, Ag oder einer Ag-Legierung.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, den Umfang
des Nb&sub3;Al-Supraleitungsdraht mit einem elektromagnetisch
stabilisierenden Metall durch Eintauchen eines kaltgezogenen,
zusammengesetzten Mehrkerndrahts, der aus einer großen Anzahl
von Al-Legierungskerndrähten und einer Nb-Matrix besteht, in
ein Schmelzmetallbad, wie auf eine Temperatur von höher als
1200ºC aufgeheiztes Cu oder eine Cu-Legierung, Ag oder eine
Ag-Legierung zum Beschichten des zusammengesetzten Drahts,
durch schnelles Kühlen des beschichteten, zusammengesetzten
Drahts, und dann durch Wärmebehandlung des gekühlten,
zusammengesetzten Drahts bei einer Temperatur in einem Bereich von
ungefähr 700 bis ungefähr 950ºC zu beschichten.
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Es ist auch bevorzugt, die Dichte des kritischen Stroms des
Nb&sub3;Al-Supraleitungsdrahts bei dem hohen Magnetfeld durch
Kaltziehen einer großen Anzahl von Al-Legierungskernmaterialien in
feine Drähte innerhalb des Bereichs, in den kein
Eigenkapazitätseffekt induziert wird, durchaufheizen der feinen Drähte
auf eine Temperatur von höher 1200ºC, dann durch schnelles
Abkühlen und danach durch Wärmebehandlung derselben bei einer
Temperatur in einen Bereich von ungefähr 700 bis ungefähr
950ºC zu erhöhen.
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Ferner ist es bevorzugt, eine Anzahl von zusammengesetzten
Mehrkerndrähten, die mit einem elektromagnetisch
stabilisierenden Metall beschichtet sind, zusammenzubauen, um sie zum
Bereitstellen eines elektromagnetisch stabilen
Nb&sub3;Al-Supraleitungsmaterials für eine hohe Stronkapazität zu integrieren
oder zu verflechten.
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Bei dem Verfahren der gegenwärtigen Erfindung kann ein langer
Nb&sub3;Al-Supraleitungsdraht mit einer hohen Genauigkeit ökonomisch
durch Eintauchen eines langen, zusammengesetzten
Mehrkerndrahts, der aus einer großen Anzahl von
Al-Legierungskernmatenahen und einer Nb-Matrix besteht, in ein geschmolzenes
Metallbad, das auf einer vorherbestimmten Temperatur unter einer
inerten Gasatmosphäre von 0,1013 bar (0,1 oder mehr
Atmosphärendruck) gehalten wird, hergestellt werden.
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Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der gegenwärtigen Erfindung
stellt eine Vorrichtung dar, die in den oben beschriebenen
Verfahren zum Herstellen eines Nb&sub3;Al-Supraleitungsdrahts
verwendet wird, wobei eine Spule zum Abwickeln eines
zusammengesetzten Mehrkerndrahts, eine Spule zum Aufwickeln des
abgewickelten, zusammengesetzten Mehrkerndrahts und Führungsrollen
zum Führen des zusammengesetzten Mehrkerndrahts innerhalb
einer Dichtkammer, die ein Zufühmittel für ein inertes Gas und
eine Vakuumpumpe aufweist, bereitgestellt werden, und worin
ein Bad für ein geschmolzenes Metall und ein Kühlbad
nacheinander zwischen besagten Führungsrollen angeordnet sind.
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Die gegenwärtige Erfindung kann den Umfang eines
Nb&sub3;Al-Supraleitungsdrahts innig mit einem elektromagnetisch
stabilisierenden Metall durch Eintauchen eines zusammengesetzten
Mehrkerndrahts, der aus einer großen Anzahl von Al-Kerndrähten und
einer Nb&sub3;-Matrix besteht, in ein geschmolzenes Metall, wie Cu,
eine Cu-Legierung, Ag oder eine Al-Legierung, das auf einer
Temperatur höher als 1200ºC gehalten wird, beschichten. Dieses
Verfahren kann die Wärmebehandlung, die zum Bilden einer
stöchiometrischen Zusammensetzung von Nb&sub3;Al vonnöten ist, und die
Beschichtung des elektromagnetisch stabilisierenden Metalls
simultan erreichen. Obwohl ein Teil der Matrix Nb in das
geschmolzene cu, das bei 1200ºC oder höheren Temperaturen
gehalten wird, rausgezogen werden kann, kann die Elution von Nb aus
der Matrix durch Herstellen einer festen Lösung aus Nb mit Cu
verhindert werden. Ag kann nicht eine feste Lösung mit Nb bei
Temperaturen in einem Bereich von 1400 bis 1700ºC bilden, und
daher wird die Matrix Nb nicht in das geschmolzene Ag
herausgelöst. Auf der anderen Seite weist cu, eine Cu-Legierung, Ag
oder eine Ag-Legierung einen hohen Dampfdruck bei hohen
Temperaturen auf und ist daher anfällig dafür, zu verdampfen. Dies
kann dadurch gehemmt werden, daß solch ein geschmolzenes
Metall unter einer inerten Gasatmosphäre bei 0,1013 bar (0,1
oder mehr Atmosphärendruck) gehalten wird. Wenn die Reaktion
des geschmolzenen Metalls mit der Nb-Matrix unvermeidbar ist,
ist es eine effektive Methode, die Oberfläche der Nb-Matrix
mit Keramiken oder anderen Metallen als Nb, die einen hohen
Schmelzpunkt aufweisen und nicht mit Nb und dem geschmolzenen
Metall reagieren, zuvor zu beschichten. Auf jeden Fall kann
ein exzellenter Nb&sub3;Al-Supraleitungsdraht, der mit dem
Stabihsierungsmetall beschichtet ist, durch Beschichten des
zusammengesetzten Mehrkerndrahts mit dem Stabilisierungsmetall,
durch schnelles Kühlen des beschichteten Drahts und danach
durch Wärmebehandlung des gekühlten Drahts erhalten werden.
Selbst wenn solch ein beschichtetes Stabilisierungsnetall eine
Cu-Nb-Legierung ist, ist Nb ein wenig in Cu bei Temperaturen
von 700 bis 950ºC eingeschlossen, und daher ist Nb aus der Cu-
Nb-Legierungslage auskristallisiert, und die Beschichtungslage
führt zu Cu, das einen niedrigen elektrischen Widerstand
aufweist, wodurch die Funktions als ein elektromagnetisch
stabilisierendes Material aufrechterhalten wird.
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Wenn der zusammengesetzte Mehrkerndraht reicher an Nb als eine
stöchiometrische Zusammensetzung ist, kann eine übersättigte
feste Lösung aus Nb-Al, die reich an Nb ist und eine
kubischraumzentrierte Struktur aufweist, auf Zimmertemperatur durch
Aufheizen der festen Lösung auf Temperaturen höher als 1200ºC
und rasches Kühlen auf Zimmertemperatur gebracht werden. Da
diese übersättigte, feste Lösung aus Nb-Al relativ gut
bearbeitbar ist, kann sie einen Nb&sub3;Al-Supraleitungsdraht liefern,
der die hohe kritische Stromdichte durch Aufwärmen der festen
Lösung auf Temperaturen in einem Bereich von 700 bis 950ºC
nach plastischer Deformation derselben aufweist, um der Nb&sub3;Al-
Phase von feinen Kristallen zu erlauben, sich aus der Matrix
abzuscheiden.
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Unter Berücksichtigung des Eigenkapazitätseffekts, der in
herkömmlichen Nb&sub3;Al-Mehrfaserdraht beobachtet wird, kann die
gegenwärtige Erfindung einen Nb&sub3;Al-Mehrfaserdraht liefern, der
eine hohe kritische Temperatur bei einem hohen kritischen
Magnetfeld dadurch liefern, daß der Abstand zwischen den
Al-Legierungskerndrähten in den Bereich kleingemacht wird, in dem
der Eigenkapazitätseffekt nicht auftritt, und das
Hochtemperaturwärmebehandeln, schnelle Kühlen und relativ schwache
Wärmebehandeln, wie oben beschrieben, kombiniert werden. In einem
Fall des Nb&sub3;Al-Mehrfaserdrahts ist der kritische Durchmesser
der Kerndrähte, der den Eigenkapazitätseffekt initiiert, 0,1
um oder weniger. Das Ziel der gegenwärtigen Erfindung kann
dadurch erreicht werden, daß der Durchmesser der Kerndrähte
0,1 um oder mehr gemacht wird. Es ist auch vonnöten, den
Kerndraht mit einen Durchmesser von 10 um oder weniger
herzustellen, um einen elektromagnetisch stabilen Nb&sub3;Al-Mehrfaserdraht
zu liefern.
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Die gegenwärtige Erfindung kann einen elektromagnetisch
stabilen Nb&sub3;Al-Supraleitungsdraht für eine große Stromkapazität
durch Zusammenbauen einer Anzahl von
Al-Legierungsmehrkerndrähten
Nb-Matrix-Zusammensetzdrähten, die mit einem
elektromagnetisch stabilisierten Metall beschichtet sind, zum
Integrieren oder Verdrillen derselben, liefern. Dies ist der
Aufbau eines Nb&sub3;Al-Supraleitungsdrahts, der zum ersten Mal
durch Beschichten des Umfangs des Nb&sub3;Al-Kerndrähte/Nb-Matrix-
Zusammensetzdrahts mit einen eletromagnetisch stabilisierenden
Metall bereitgestellt ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das die Herstellungsschritte
eines Nb&sub3;Al-Mehrfaserdrahts nach der gegenwärtigen Erfindung
zeigt;
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Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das die Herstellungsschritte
eines Nb&sub3;Al-Mehrfaserdrahts nach einen herkömmlichen Verfahren
zeigt;
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Fig. 3 zeigt Kurven für Nb&sub3;Al-Mehrfaserdrähte, die nach der
gegenwärtigen Erfindung oder einem herkömmlichen Verfahren
hergestellt worden sind, bei denen die Dichte des kritischen
Stroms gegen das angelegte Magnetfeld bei 4,2 Kelvin
dargestellt sind;
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Fig. 4 ist eine schematische Querschnittsansicht von sieben
verflechteten Nb&sub3;Al-Supraleitungs drähten;
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Fig. 5 ist eine Strom-Spannungs-Kurve eines
Nb&sub3;Al-Mehrfaserdrahts nach der gegenwärtigen Erfindung; und
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Fig. 6 ist ein schematisches Diagramm einer Vorrichtung zum
Herstellen von Nb&sub3;Al-Supraleitungsdrähten nach der
gegenwärtigen Erfindung.
Beste Ausführungsart der Erfindung
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Nunmehr wird sich auf die Zeichnungen bezogen und werden die
bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben
werden, in Vergleich mit herkömmlichen Verfahren. Fig. 1 ist
ein Blockdiagramm, das die Herstellungsschritte eines Nb&sub3;Al-
Mehrfaserdrahts nach der gegenwärtigen Erfindung zeigt. Fig. 2
ist ein Blockdiagramm, das die Herstellungsschritte eines
Nb&sub3;Al-Mehrfaserdrahts nach dem herkömmlichen Verfahren zeigt.
Ein Al-Kernmaterial wird mit einen Nb-Rohr verbunden, um die
Zusammensetzung in einen feinen Draht zu ziehen. Der
Herstellungsprozess für den Nb&sub3;Al-Mehrfaserdraht umfaßt die Schritte
des Kombinierens eines Al-Kernmaterials mit einen Nb&sub3;-Rohr,
Ziehens der Verbindung in einen zusammengesetzten, feinen
Einkerndraht, Wiederverbindens einer großen Anzahl von den
gezogenen, zusammengesetzten, feinen Einkerndrähten mit einen Nb-
Rohr und Ziehens der Zusammensetzung in einen
zusammengesetzten, feinen Mehrkerndraht. Diese Schritte werden sowohl bei
der gegenwärtigen Erfindung als auch den herkömmlichen
Verfahren verwendet. Bei den herkömmlichen Verfahren wird eine große
Anzahl von den zusammengesetzten Mehrkerndrähten ferner mit
einem Nb-Rohr verbunden und die Verbindung in einen feinen,
zusammengesetzten Mehrkerndraht gezogen, und diese Schritte
werden solange wiederholt, bis ein Al-Legierungskerndraht mit
einem Durchmesser von 0,1 pm erhalten werden kann. Jedoch kann
die gegenwärtige Erfindung, selbst wenn der Durchmesser des
Al-Kerndrahts einige um beträgt, eine ausreichende
elektromagnetische Eigenschaft des Endprodukts erhalten. Dies kommt
daher, daß eine Phase des Nb&sub3;Al, die bei hohen Temperaturen
stabil ist, auf Zimmertenperature gebracht werden kann durch
Herstellen einer übersättigten festen Lösung aus
stöchiometrischen Nb&sub3;al oder mit einem höheren Nb-Anteil und durch
schnelles Kühlen der festen Lösung. Ferner, wenn der schnell
gekühlte, zusammengesetzte Mehrkerndraht eine feste Lösung ist, die
reicher an Nb als Nb&sub3;al ist, kann weiteres Ziehen des
Mehrkerndrahts
zu einem feinen Draht oder Zusammenbauen einer Anzahl
der zusammengesetzten feinen Drähte, um diese zu integrieren
oder zu verdrillen, durchgeführt werden. Schließlich kann ein
elektromagne tisch stabiler Nb&sub3;Al-Mehrfasersupraleitungsdraht,
der mit einem elektromagnetisch stabilisierenden Metall
beschichtet ist und eine hohe Stromdichte bei einem hohen
Magnetfeld aufweist, durch Aufheizen des zusammengesetzten
Mehrkerndrahts in der Endabmessung auf eine Temperatur in einem
Bereich von ungefähr 700 bis 950ºC und Durchführen von
Unordnung und Verfeinerung von Nb&sub3;Al-Kristallen erhalten werden.
Beispiel 1
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Ein zusammengesetzter Einkerndraht wurde durch Einfügen eines
Al-5 Atomprozent Mg-Legierungsstabs mit einem Durchmesser von
5,0 mm in ein Nb-Rohr mit einem Innendurchmesser von 7,0 mm
und einem Außendurchmesser von 11,0 mm und Kaltziehen der
resultierenden Zusammensetzung in einen Draht mit einem
Außendurchmesser von 1,0 mm bei Raumtemperatur hergestellt. Der
zusammengesetzte Einkerndraht mit einem Durchmesser von 1,0 mm
wurde dann in kurze Stücke geschnitten und die gebündelten 331
kurzgeschnittenen Einkerndrähte wurden in ein Nb-Rohr mit
einem Innendurchmesser von 21,5 mm und einem Außendurchmesser
von 25,5 mm gepackt und dann in einen Draht mit einem
Außendurchmesser von 0,22 mm bei Raumtemperatur gezogen, um einen
zusammengesetzten Mehrkerndraht zu liefern. Zu diesem
Zeitpunkt hat jeder der kaltgezogenen Al-5 Atomprozent
Mg-Kerndrähte einen Durchmesser von ungefähr 5 um. Dann wurde dieser
zusammengesetzte Mehrkerndraht in ein Bad aus geschmolzenem
Silber eingefügt, das auf eine Temperatur von 1700ºC
aufgeheizt war, um das Silber unter einer Argongasatmosphäre von
1,013 bar (1 Atmosphärendruck) für 10 Minuten zum Überziehen
des zusammengesetzten Mehrkerndrahts mit der
Silberbeschichtung in einer Dicke von 50 um zu schmelzen, und der mit Silber
überzogene, zusammengesetzte Mehrkerndraht wurde auf
Zimmertemperatur
abgekühlt. Danach wurde er unter Vakuum auf 850ºC
für 50 Stunden aufgeheizt, um einen
Nb&sub3;Al-Mehrfasersupraleitungsdraht, der mit der Silberbeschichtung überzogen ist, zu
erhalten.
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Als nächstes wurden Proben aus diesem
Nb&sub3;Al-Mehrfasersupraleitungsdraht herausgeschnitten und ihre kritische Temperatur Tc
und der kritische elektrische Widerstand der Matrix bei einer
Temperatur gerade oberhalb der kritischen Temperatur durch
Temperaturänderungen unter Einsatz einer Widerstandsmethode
gemessen. Diese Proben zeigten ein TC von 17,9 K an den
Mittelpunkt und einen spezifischen Matrixwiderstand von 1,6 x 10&supmin;&sup8;
Ohm cm. Herkömmlicher Nb&sub3;Al-Mehrfaserdraht hat ein Tc von 15,6
K und einen spezifischen Matrixwiderstand von 5,0 x 10&supmin;&sup7; Ohm
cm, und daher ist der gegenwärtige Mehrfaserdraht um 2,3 K für
Tc bzw. 1/30 für den spezifischen Matrixwiderstand gegenüber
den herkömmlichen Drähten überlegen. Ihre kritischen Ströme
wurden auch durch Veränderung des elektrischen Feldes bei 4,2
K gemessen, und die Resultate sind in Fig. 3 dargestellt. Der
kritische Strom IC ist als der Strom an einem Punkt des
Erzeugens eines elektrischen Feldes von 1 µV/cm und die Dichte des
kritischen Stroms als IC/S definiert, wobei 5 der komplette
Querschnittsbereich ist, außer für ein
Stabilisierungsmaterial. Fig. 3 zeigt Kurven der Dichte des kritischen Stroms als
Funktion des Magnetfelds, und Kurve 1 ist für den nach diesem
Beispiel 1 hergestellten Nb&sub3;Al-Mehrfaserdraht, und Kurve 4 ist
für den durch das herkömmliche Zusammensetzbildungsverfahren
hergestellten Draht. Es ist aus Fig. 3 offensichtlich, daß das
gegenwärtige Verfahren einen Nb&sub3;Al-Mehrfaserdraht liefern kann,
der eine höhere Dichte des kritischen Stroms über den
kompletten Bereich von Magnetfeldern von höher als 10 Tesla, und
genauer gesagt, in den Bereich oberhalb von 15 Tesla, als bei
einem herkömmlichen Verfahren aufweist, wobei er,
beispielsweise, eine Dichte des kritischen Stroms hat, die 100-mal
höher liegt als die eines herkömmlichen Drahts.
Beispiel 2
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Ahnlich bei Beispiel 2, wurde ein zusammengesetzter
Einkerndraht und ein zusammengesetzter Mehrkerndraht hergestellt, und
schließlich wurde ein zusammengesetzter Mehrkerndraht
hergestellt, der aus 109.561 Al-5 Atonprozent Mg-Kernen mit jeweils
einen Durchmesser von 1 µm und einer Nb-Matrix besteht und
einen Durchmesser von 1 mm aufweist. Dann wurde dieser
zusammengesetzte Mehrkerndraht in ein Cu-10 Atonprozent Nb-Bad
eingetaucht, das auf 1400ºC aufgeheizt war, um unter einer
Argongasatmosphäre von 133,3 m bar (100 Torr) für 10 Minuten zu
schmelzen, um den zusammengesetzten Mehrkerndraht mit der Cu-
Nb-Legierungsbeschichtung in einer Dicke von 1 mm zu
überziehen, und dann wurde der überzogene Draht rasch auf
Zimmertemperatur abgekühlt. Danach wurde der gekühlte Draht für 50
Stunden auf 850ºC unter Vakuumatmosphäre aufgeheizt, um einen
kupferüberzogenen, sehr feinen Nb&sub3;Al-Mehrkernsupraleitungsdraht
zu erhalten.
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Die kritische Temperatur und die Charakteristiken der
kritischen Stromdichte gegen das Magnetfeld der Proben und der
elektrische Widerstand der Matrix der Proben wurden auf
ähnliche Weise wie bei Beispiel 1 gemessen. Die Proben zeigten eine
kritische Temperatur von 17,3 K, die ein wenig niedriger als
die des Beispiels 1 ist, und einen spezifischen
Matrixwiderstand von 1,1 x 10&supmin;&sup8; Ohm cm, der dem von Beispiel 1 überlegen
ist. Die Kurve der kritischen Stromdichte gegen das Magnetfeld
dieses Beispiels ist in Fig. 3 gezeigt. Die Dichte des
kritischen Stroms dieses Beispiels, die durch Kurve 2 gezeigt ist,
ist bemerkenswert verbessert im Vergleich zu der Probe, die in
einem herkömmlichen Verfahren hergestellt und durch Kurve 4
gezeigt ist, sie ist aber ein wenig niedriger als die von
Beispiel 1 in einem Magnetfeldbereich oberhalb von 17 T. Dies
scheint daran zu liegen, daß die Probe von Beispiel 2 bei
solch einer niedrigen Temperatur wie 1400ºC, im Vergleich zu
1700ºC von Beispiel 1, wärmebehandelt wurde. Jedoch hat dieser
Nb&sub3;Al-Mehrfasersupraleitungsdraht eine hohe Stromdichte, die
praktischer Verwendung bei einem Magnetfeld unterhalb von 20 T
standhalten kann und stabile elektromagnetische Eigenschaften
aufweist.
Beispiel 3
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Um einen zusammengesetzten Mehrkerndraht aus einer
Nb-Al-übersättigten, festen Lösung, die reicher an Nb als Nb&sub3;Al ist,
herzustellen, wurde ein zusammengesetzter Einkerndraht, der ein
Querschnittsverhältnis eines Al-5 Atomprozent Mg-Kernmaterials
zu einer Nb-Matrix aufweist, das sich von dem von Beispiel 1
unterscheidet, präpariert. D.h., zuerst wurde ein
zusammengesetzter Einkerndraht durch Einführen eines Al-5 Atomprozent
Mg-Legierungsstabs mit einen Durchmesser von 5,5 mm in ein Nb-
Rohr mit dem Innendurchmesser von 11,0 mm und dem
Außendurchmesser von 6,0 mm eingefügt und die Zusammensetzung in einen
Draht kaltgezogen, der einen Außendurchmesser von 1,0 mm
aufweist, bei Zimmertemperatur.
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Als nächstes wurden, ähnlich wie bei dem Verfahren für
Beispiel 1, die gebündelten 331 zusammengesetzten Einkerndrähte
in ein Nb-Rohr gepackt, und die Zusammensetzung wurde in einen
zusammengesetzten Mehrkerndraht mit einem Durchmesser von 0,2
mm gezogen, umfassend die Mehrkerndrähte mit jeweils einem
Durchmesser von 4 um Dann wurde dieser kaltgezogene,
zusammengesetzte Mehrkerndraht in ein Bad aus geschmolzenem Silber
eingetaucht, das auf 1700ºC für 10 Minuten unter
Argongasatmosphäre bei einem Atmosphärendruck zum Überziehen des
zusammengesetzten Mehrkerndrahts mit einer Silberbeschichtung in
einer Dicke von 50 um geschmolzen, und der überzogene Draht
wurde schnell auf Zimmertemperatur abgekühlt. Schließlich
wurde der mit Silber überzogene, zusammengesetzte Mehrkerndraht,
der einen Außendurchmesser von 0,3 mm hat, in einen Draht
kaltgezogen, der einen Außendurchmesser von 0,2 mm hat, bei
Zimmertemperatur. Dieses Kaltziehen oder plastische
Deformieren konnte durchgeführt werden, da das Kernmaterial des
zusammengesetzten Mehrkerndrahts eine Nb&sub3;Al-übersättigte, feste
Lösung anstelle einer intermetallischen Verbindung des A-15-Typs
wurde. Danach wurde der mit Silber überzogene,
zusammengesetzte Mehrkerndraht bei 850ºC für 10 Stunden unter Vakuum zum
Abscheiden einer Nb&sub3;Al-intermetallischer Verbindung aus der Nb-
Al-übersättigten, festen Lösung erhitzt, um den mit Silber
überzogenen Nb&sub3;Al-Mehrfasersupraleitungsdraht zu erhalten.
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Ahnlich wie bei den Beispielen 1 und 2 wurde die kritische
Temperatur und die Charakteristiken der kritischen Stromdichte
gegen das Magnetfeld der Proben und der elektrische Widerstand
der Matrix gemessen, und ähnliche Resultate wie für das
Beispiel 1 wurden erhalten, beispielsweise, ist die kritische
Temperatur 17,8 K und der spezifische Matrixwiderstand 1,6 x
10&supmin;&sup8; Ohm cm. Jedoch, wie in Fig. 3 gezeigt, sind die
Charakteristiken der kritischen Stromdichte gegen das Magnetfeld
dieses Beispiels unterschiedlich zu denen von den Beispielen 1
und 2, d.h., sie sind niedriger als die für die Beispiele 1
und 2 und höher als die in einem herkömmlichen Verfahren bei
hohen Magnetfeldern oberhalb von 14 T, und der Abfall in der
Dichte des kritischen Stroms ist geringer als der bei den
Beispielen 1 und 2, selbst bei einem Magnetfeld in der Nähe von
20 T. Diese Unterschiede in den Charakteristiken der
kritischen Stromdichte gegen das Magnetfeld sind der Menge an Nb&sub3;Al-
Zusammensetzung, Abweichung von ihrer stöchiometrischen
Zusammensetzung, Kristallkorngröße von Nb&sub3;Al, etc. zuzuschreiben.
Auf jeden Fall konnte ein elektromagnetisch stabiler Nb&sub3;Al-
Mehrfasersupraleitungsdraht, der mit einem elektromagnetisch
stabilisierenden Metall überzogen ist und eine hohe
Stromdichte aufweist, die groß genug ist, um bei der praktischen
Verwendung einem hohen Magnetfeld standzuhalten, erhalten werden.
kaltgezogen, der einen Außendurchmesser von 0,2 mm hat, bei
Zimmertemperatur. Dieses Kaltziehen oder plastische
Deformieren konnte durchgeführt werden, da das Kernmaterial des
zusammengesetzten Mehrkerndrahts eine Nb&sub3;Al-übersättigte, feste
Lösung anstelle einer intermetallischen Verbindung des A-15-Typs
wurde. Danach wurde der mit Silber überzogene,
zusammengesetzte Mehrkerndraht bei 850ºC für 10 Stunden unter Vakuum zum
Abscheiden einer Nb&sub3;Al-intermetallischer Verbindung aus der Nb-
Al-übersättigten, festen Lösung erhitzt, um den mit Silber
überzogenen Nb&sub3;Al-Mehrfasersupraleitungsdraht zu erhalten.
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Ahnlich wie bei den Beispielen 1 und 2 wurde die kritische
Temperatur und die Charakteristiken der kritischen Stromdichte
gegen das Magnetfeld der Proben und der elektrische Widerstand
der Matrix gemessen, und ähnliche Resultate wie für das
Beispiel 1 wurden erhalten, beispielsweise, ist die kritische
Temperatur 17,8 K und der spezifische Matrixwiderstand 1,6 x
10&supmin;&sup8; Ohm cm. Jedoch, wie in Fig. 3 gezeigt, sind die
Charakteristiken der kritischen Stromdichte gegen das Magnetfeld
dieses Beispiels unterschiedlich zu denen von den Beispielen 1
und 2, d.h., sie sind niedriger als die für die Beispiele 1
und 2 und höher als die in einem herkömmlichen Verfahren bei
hohen Magnetfeldern oberhalb von 14 T, und der Abfall in der
Dichte des kritischen Stroms ist geringer als der bei den
Beispielen 1 und 2, selbst bei einem Magnetfeld in der Nähe von
20 T. Diese Unterschiede in den Charakteristiken der
kritischen Stromdichte gegen das Magnetfeld sind der Menge an Nb&sub3;Al-
Zusammensetzung, Abweichung von ihrer stöchiometrischen
Zusammensetzung, Kristallkorngröße von Nb&sub3;Al, etc. zuzuschreiben.
Auf jeden Fall konnte ein elektromagnetisch stabiler Nb&sub3;Al-
Mehrfasersupraleitungsdraht, der mit einen elektromagnetisch
stabilisierenden Metall überzogen ist und eine hohe
Stromdichte aufweist, die groß genug ist, um bei der praktischen
Verwendung einem hohen Magnetfeld standzuhalten, erhalten werden.
Beispiel 5
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Fig. 6 zeigt Hauptkomponenten einer Vorrichtung zum Herstellen
eines Nb&sub3;Al-Supraleitungsdrahts nach der gegenwärtigen
Erfindung. Ein langer, zusammengesetzter Mehrkerndraht 15, der aus
einer großen Anzahl von Al-Legierungskerndrähten und einer Nb-
Matrix besteht und um eine Spule 14 gewickelt ist, passiert
durch ein Bad 16 eines geschmolzenen Stabilisierungsmetalls
und ein Kühlbad 17 und wird um eine Wicklungsspule 18
gewikkelt. Eine Vorrichtung 11 zum Beschichten eines geschmolzenen
Metalls weist eine Vakuumpumpe 12 und einen Zylinder 13 für
ein inertes Gas auf, um den Druck in der Atmosphäre 19 für das
geschmolzene Metall zu steuern. Die Temperatur zum Aufheizen
des Bads 16 des geschmolzenen Metalls ist abhängig von der
strukturellen Stabilität einer Nb&sub3;Al-Zusammensetzung und der
Benetzbarkeit des geschmolzenem Stabilisierungsmetalls mit der
Nb&sub3;Al-Zusammensetzung gewählt und benötigt zumindest 1200ºC
oder höhere Temperaturen, und der Druck der Atmosphäre 19 ist
abhängig von einer Art des Stabilisierungsmetalls und einer
Aufwärmtemperatur gewählt und benötigt eine inerte
Gasatmosphäre von 0,1013 bar (0,1 oder mehr Atmosphärendruck). Ein
Ga-In-eutektisches Legierungsbad oder eine Vielzahl von
Salzbädem sind für das Kühlbad ausgewählt worden, um den
Supraleitungsdraht schnell von 1200ºC oder höheren Temperaturen auf
eine Temperatur in einem Bereich von 700 bis 800ºC abzukühlen.
Industrielle Verwertbarkeit
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Wie oben beschrieben, kann die gegenwärtige Erfindung einen
Nb&sub3;Al-Supraleitungsdraht liefern, der eine ultrafeine
Mehrkernstruktur aufweist, die mit einem elektromagnetisch
stabilisierenden Material beschichtet ist und eine hohe Stromdichte bei
einem hohen Niveau eines Magnetfeldes, wie 20 Tesla, aufweist,
und somit den folgenden Effekt aufweist.
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Da dieser supraleitende Draht eine hohe Stromdichte bei einem
hohen Niveau eines Magnetfeldes, wie 20 T, aufweist, was
unmöglich gewesen ist, zu realisieren, bei Verwendung nur eines
supraleitenden Magnets, kann ökonomisch unter Einsatz einer
Vorrichtung eines kleineren Typs hergestellt werden.
Zusätzlich hat der gegenwärtige Supraleitungsdraht eine
Mehrfaserstruktur, die mit einem elektromagentisch stabilisierenden
Material überzogen ist, so daß ein hohes Niveau eines
Magnetfeldes, wie 20 T, in einer kurzen Zeit ohne Überführung in die
normale Leitfähigkeit stabil erzeugt werden, wodurch
ermöglicht wird, eine ökonomische Vorrichtung mit einem reduzierten
Verbrauch an flüssigem Helium zu liefern.